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基于电力弹簧的电压稳定控制策略研究

基于电力弹簧的电压稳定控制策略研究

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作者：张庭吉东北电力大学

学位级别：硕士

随着分布式光伏发电系统在配电网中的大规模接入,电压稳定性问题日益凸显。传统的电压稳定控制策略在应对可再生能源波动性和不确定性方面存在局限。电力弹簧作为一种新兴的功率补偿装置,凭借其独特的能量缓冲和调节能力,为解决电压稳... 详细信息

随着分布式光伏发电系统在配电网中的大规模接入,电压稳定性问题日益凸显。传统的电压稳定控制策略在应对可再生能源波动性和不确定性方面存在局限。电力弹簧作为一种新兴的功率补偿装置,凭借其独特的能量缓冲和调节能力,为解决电压稳定性问题提供了新的途径。本研究旨在通过电力弹簧的建模、分析及其在电压稳定控制中的应用,提出一种有效的电压稳定控制策略,以提高配电网的供电可靠性和电能质量。首先,本研究基于基尔霍夫定律对电力弹簧进行了数学建模,建立其传递函数和工作模式的理论基础。通过分析电力弹簧的传递函数,揭示了其在不同工作模式下的功率补偿特性,并对智能负载功率进行深入分析。其次,针对传统径向-弦向解耦所采用的PI控制器在参数动态调整能力上的不足,引入模糊理论,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了基于模糊PID控制的改进解耦控制策略在面对电压波动时表现出更好的适应性和鲁棒性。进一步地,针对模糊PID控制存在的问题,设计了改进电压稳定控制策略,对采用鲸鱼算法进行优化。通过改进自适应参数和位置更新策略,增强稳压策略不同扰动下的适应性。在仿真实验中,对比不同扰动下的系统响应,包括电网侧电压的突然下降和上升,以及连续的电网侧电压波动。最后为了更真实地模拟光伏发电系统并网对电压的影响,在MATLAB/Simulink环境中构建了一个微电网模型,该模型模拟了光伏发电系统并网对电压稳定性的影响。设置三种不同的工况,旨在模拟实际运行中的微电网可能遇到的各种电压波动情况。仿真结果及相关指标表明,所提出的改进稳压控制策略能够有效地维持关键负载电压的稳定性,特别是在面对复杂电网环境和电压波动挑战时,展现出了显著的优势。本研究的成果不仅为电力弹簧的理论研究和实际应用提供了新的视角和方法,也为解决分布式光伏并网带来的电压稳定性问题提供了有效的技术支持。

关键词：电力弹簧电压稳定控制径向-弦向解耦模糊PID控制改进稳压控制

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配电网中电力弹簧的控制策略研究

配电网中电力弹簧的控制策略研究

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作者：杨志河北工业大学

学位级别：硕士

风能和太阳能等可再生能源具有安全、高效、无污染等优点,未来将会逐步取代传统化石能源从而缓解人类能源危机。但是可再生能源固有的间歇性和波动性特点导致其发电出力不均匀,大规模并网必然会为电力系统带来安全性和稳定性问题。电力... 详细信息

风能和太阳能等可再生能源具有安全、高效、无污染等优点,未来将会逐步取代传统化石能源从而缓解人类能源危机。但是可再生能源固有的间歇性和波动性特点导致其发电出力不均匀,大规模并网必然会为电力系统带来安全性和稳定性问题。电力弹簧(Electric Spring,ES)是针对上述问题提出的一种电力电子设备,同时也带来一种新型需求侧管理模式。它改变了传统电力系统中发电量跟随用电量的固有模式,可以使负载功率跟随发电量的变化而改变,实现发电量和用电量的实时平衡,有效解决间歇性可再生能源并网所带来的一系列电压质量问题,具有广阔的应用前景。本文以单相交流电力弹簧作为研究对象,针对电力弹簧基本工作原理以及控制策略进行了深入探讨,内容涉及电力弹簧建模、工作模式、稳态功率分析以及控制策略研究和改进。本文的主要研究内容如下:从拓扑结构、控制策略、相关应用三方面详细论述了电力弹簧的国内外研究现状,并将电力弹簧与现有柔性交流输电装置进行了对比,突出其特殊性。建立了电力弹簧的动态模型,并用相量图法分析了电力弹簧八种工作模式。针对电力弹簧在配电网中的不同功率补偿方式进行稳态分析,通过数学推导给出了相应的理论框架以及各种功率补偿类型的控制方程。最后通过仿真软件验证理论分析的正确性。设计了一种基于模糊PI控制的解耦控制策略。对电力弹簧径向弦向解耦控制策略(radial-chordal decomposition,RCD)进行原理阐释以及影响性分析,针对其无法实时调节PI控制器参数的缺陷,将模糊控制理论应用其中,设计了以稳压为目标的模糊PI控制器以提高电力弹簧自适应性。最后通过仿真验证了所提方案对于电压控制的有效性。论述了传统模糊控制器设计的局限性,在此基础上提出一种以误差和误差积分作为输入的新型模糊控制器,以稳定电压为目标制定相应的模糊控制规则库,从而使RCD控制策略可以在网络电压波动幅度较大时进行有效的电压调整。最后设置了三组对比实验,证明了所提方案的有效性。

关键词：电力弹簧稳态分析径向-弦向解耦模糊控制电压控制

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